Iz slike 11 lahko opazimo, da je mešanje tokov v kanalu po obdelavi s parami etilacetata večje. Najbolj je to opazno pri čipih 1 in 3. Rezultati se ne skladajo z našo hipotezo. Pare etilacetata res topijo PLA, vendar se stopljenemu materialu pri tem poveča volumen (nabrekne). Pri tem se lumen kanalov zmanjša. Masni pretok se mora ohraniti, torej se hitrost toka poveča. Posledično je tudi mešanje večje. Med tiskanjem je prišlo tudi do raznih napak, kar lahko vidimo pri čipu 2 na sliki 13. Do tega verjetno pride, ko se začasno ustavi tiskanje, da se lahko glava tiskalnika premakne na novo pozicijo in nadaljuje s tiskom. Preden se to zgodi, ekstruder potisne filament vzvratno, da staljen polimer ne bi lezel iz šobe in uničil tiska. Ker pa je filament pri tem še vedno vroč, se pri umikanju filamenta ustvarijo izrastki kot jih lahko vidimo na drugem čipu na sliki 13. Podobno kot sladkor pri izdelavi sladkorne pene. V stiku z etilacetatom pa se poveča tudi volumen teh defekotov, kar ustvarja večje vrtinčenje v kanalu. Ker se pri obdelavi zmanjša tudi lumen kanalov imajo takšne napake še večji vpliv na mešanje. Tudi verjetnost, da bo prišlo do zamašitve po obdelavi, je večja.
Slika 13: Prerez neobdelanega kanala (1 in 2) ter obdelanega (3 in 4). Na čipu 1 lahko opazimo stopničasti efekt. Pri primerjavi čipov 2 in 4 pa lahko opazimo kako obdelava spremeni napake pri tiskanju.
25
Efekt bi lahko zmanjšali na več načinov. Lahko bi povečati kanale, kjer bi napake tiska imele manjši vpliv, vendar potem ne bi imeli več mikropretočnega sistema. Boljša rešitev bi bila uporaba šobe z manjšim premerom. Pri tem bi se zmanjšal tudi premer iztisnjenega filamenta. Filament bi se tako med vzvratnim potiskanjem hitreje ohladil in ne bi prišlo do takšnih napak. Tudi natančnost izdelave bi bila boljša, saj bi lahko tiskali s tanjšimi plastmi. Bi se pa pri tem znatno podaljšal čas tiska. Na sliki 13 pri čipu 3, vidimo, da je površina po obdelavi dejansko nekoliko bolj gladka, če le nimamo nobenih napak.
Verjetno bi bilo potrebno obdelavo optimizirati in ugotoviti, kako na izpostavljen čip vpliva daljši ali krajši čas obdelave.
Pri obdelavi PLA z etilacetatom, se je stopljen filament obarval belo, kar je močno onemogočalo opazovanje toka. To lahko vidimo na sliki 14. Mogoče je to posledica dodatkov, ki so v filamentu. Potrebno bi torej bilo poskusiti še s kakšnim drugim filamentom. Vsekakor pa bi bilo dobro, če bi za opazovanje mešalnega razmerja uporabili kakšen drug način spremljanja.
Slika 14: PLA, ki se je stopil se je obarval belo, kar je močno onemogočalo določanje mešalnega razmerja.
Zanimivo bi bilo nadaljevati eksperiment in preizkusiti še učinek drugih topil, kot je na primer acetonitril ali tetrahidrofuran.
27
5 Sklep
Očitno je, da metoda takšna, kot je, še ni primerna za mikropretočne sisteme. Verjetno bi se dalo na ta način obdelati čipe s kanali nekaj milimetrov, kar pa ne pride v poštev za mikropretočne sisteme. Boljše rezultate bi mogoče dobili z uporabo šobe z manjšim premerom. Verjetno bi bilo dobro optimizirati tudi samo obdelavo. Tudi način detekcije bi bilo dobro spremeniti, saj raztopljen PLA močno motil detekcijo. Smiselno bi bilo tudi popraviti program za obdelavo slik, saj smo sedaj širino mešalnega toka določali z vizualno presojo in ne statistično. Na ta način bi zmanjšali napako. Presenetilo nas je, da smo ustvarili precej dober laminaren tok v neobdelanih čipih, ki se ni mešal do konca kanala. Vsekakor bi bilo zanimivo eksperiment ponoviti z drugim filamentom, za obdelavo pa uporabiti kakšno drugo topilo, kot je na primer acetonitril ali tetrahidrofuran.
29
6 Literatura
[1] A. V Nielsen, M. J. Beauchamp, G. P. Nordin, A. T. Woolley: 3D Printed Microfluidics. Annu. Rev. Anal. Chem. (Palo Alto. Calif). 2020, 13, 45–65.
[2] J. P. Kruth: Material Incress Manufacturing by Rapid Prototyping Techniques.
CIRP Ann. - Manuf. Technol. 1991, 40, 603–614.
[3] A. K. Au, W. Huynh, L. F. Horowitz, A. Folch: 3D-Printed Microfluidics. Angew.
Chemie - Int. Ed. 2016, 55, 3862–3881.
[4] J. Steuben, D. L. Van Bossuyt, C. Turner: Design for fused filament fabrication additive manufacturing. Proc. ASME Des. Eng. Tech. Conf. 2015, 4.
[5] S. Waheed, J. M. Cabot, N. P. Macdonald, T. Lewis, R. M. Guijt, B. Paull, M. C.
Breadmore: 3D printed microfluidic devices: enablers and barriers. Lab Chip 2016, 16, 1993–2013.
[6] P. J. Kitson, M. D. Symes, V. Dragone, L. Cronin: Combining 3D printing and liquid handling to produce user-friendly reactionware for chemical synthesis and purification. Chem. Sci. 2013, 4, 3099–3103.
[7] A. Lalehpour, C. Janeteas, A. Barari: Surface roughness of FDM parts after post-processing with acetone vapor bath smoothing process. Int. J. Adv. Manuf.
Technol. 2018, 95, 1505–1520.
[8] Z. Liu, Y. Wang, B. Wu, C. Cui, Y. Guo, C. Yan: A critical review of fused deposition modeling 3D printing technology in manufacturing polylactic acid parts. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2019, 102, 2877–2889.
[9] J. C. McDonald, M. L. Chabinyc, S. J. Metallo, J. R. Anderson, A. D. Stroock, G.
M. Whitesides: Prototyping of microfluidic devices in poly(dimethylsiloxane) using solid-object printing. Anal. Chem. 2002, 74, 1537–1545.
[10] D. Pranzo, P. Larizza, D. Filippini, G. Percoco: Extrusion-based 3D printing of microfluidic devices for chemical and biomedical applications: A topical review.
Micromachines 2018, 9.
[11] M. K. Gelber, R. Bhargava: Monolithic multilayer microfluidics via sacrificial molding of 3D-printed isomalt. Lab Chip 2015, 15, 1736–1741.
[12] K. Kadimisetty, I. M. Mosa, S. Malla, J. E. Satterwhite-Warden, T. Kuhns, R. C.
Faria, N. H. Lee, J. F. Rusling: 3D-Printed Supercapacitor-Powered Electrochemiluminescent Protein Immunoarray. Biosens. Bioelectron. 2016, 77, 188.
30
[13] P. J. Kitson, M. H. Rosnes, V. Sans, V. Dragone, L. Cronin: Configurable 3D-Printed millifluidic and microfluidic „lab on a chip“ reactionware devices. Lab Chip 2012, 12, 3267–3271.
[14] F. Lavecchia, M. G. Guerra, L. M. Galantucci: Chemical vapor treatment to improve surface finish of 3D printed polylactic acid (PLA) parts realized by fused filament fabrication. Prog. Addit. Manuf. 2021.
[15] C. C. Kuo, S. J. Su: A simple method for improving surface quality of rapid prototype. Indian J. Eng. Mater. Sci. 2013, 20, 465–470.
[16] C. Kuo: A surface quality improvement apparatus for ABS parts fabricated by additive manufacturing. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2016.
[17] S. Sato, D. Gondo, T. Wada, S. Kanehashi, K. Nagai: Effects of various liquid organic solvents on solvent-induced crystallization of amorphous poly(lactic acid) film. J. Appl. Polym. Sci. 2013, 129, 1607–1617.
[18] S. Sekhar, P. Rimpy, C. Sajan, K. Virendra: Chemical vapour treatment for enhancing the surface finish of PLA object produced by fused deposition method using the Taguchi optimization method. SN Appl. Sci. 2020, 2, 1–13.
[19] N. P. Macdonald, J. M. Cabot, P. Smejkal, R. M. Guijt, B. Paull, M. C. Breadmore:
Comparing Microfluidic Performance of Three-Dimensional (3D) Printing Platforms. Anal. Chem. 2017, 89, 3858–3866.
[20] A. Hashmi, J. Xu: On the Quantification of Mixing in Microfluidics. J. Lab. Autom.
2014, 19, 488–491.